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Life Sciences – Schule fürs Leben

Ein Labor in der Schule

Um die Arbeit in einem Labor hautnah zu erleben, muss man nicht bis zum Beginn der Ausbildung oder des Studiums warten. Nein, man kann zu uns, in die Labore der Haus- und Landwirtschaftlichen Schulen kommen. Diese Labore sind die Arbeitsräume der Schüler, die sich für den biotechnologischen Zweig entscheiden – die Schüler im Biotechnologischen Gymnasium (BTG) oder die Auszubildenden des Berufskollegs für Biotechnologische Assistenten (BKBT).

Gerne öffnen wir diese Labor aber auch für Interessenten anderer Schulen. So geschehen im Juli 2017 für zwei Schülergruppen der Grimmelshausenschule in Renchen. Jeweils begleitet von ihrer Lehrerin, Frau Isenmann, konnten wir am Montag, den 17. Juli, interessierte Neuntklässler, und am Dienstag, den 18. Juli, Mitglieder der AG Astronomie bei uns begrüßen.

 

17. Juli: Wie isoliere ich meine DNA und was ist eine Gelelektrophorese?

Die DNA befindet sich in fast jeder Zelle des menschlichen Körpers. Für unseren Versuch haben wir Zellen aus der eigenen Mundschleimhaut durch vorsichtiges Abschaben entnommen und sie anschließend zerstört, um die DNA aus dem Zellkern herausholen zu können. Durch Zusatz verschiedener Enzyme und Chemikalien trennt man sie dann von allen anderen Zellbestandteilen ab. 

 

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Entnahme von Mundschleimhautzellen
Zerstörung der Zellen
Isolierung der DNA
Ergebnis der DNA-Isolierung

 

Die Gelelektrophorese ist eine Methode zur Trennung geladener Teilchen, z.B. auch DNA, in einem elektrischen Feld. Als Trägermaterial verwendet man Agarose, die wiederum aus Agar-Agar gewonnen wird. Letzteres kennt man auch als Geliermittel aus der Küche. Wie Agar-Agar härtet auch Agarose nach Aufkochen in einer Flüssigkeit und anschließendem Abkühlen zu einem Gel aus. In dieser Form setzen wir sie in der Elektrophorese ein. Die Farbstoffe, die als Beispiel geladener Teilchen in diesem Versuch voneinander getrennt werden sollen, werden in Vertiefungen dieses Gels pipettiert. Anschließend wird Spannung angelegt und die Farbstoffe wandern entsprechend ihrer Ladung zum Plus- oder zum Minuspol.

 

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Prinzip einer Agarosegelelektrophorese
Ergebnis der Farbstofftrennung

 

18. Juli: Wie arbeite ich mit Mikroorganismen?

Mikroorganismen – wie Bakterien, Hefen und andere Pilze – sind allgegenwärtig.  Nimmt man einen Quadratzentimeter unserer Hand, so können sich in diesem kleinen Bereich bis zu einer Million Bakterien befinden. Möchte man nun im Labor aber nur mit einem bestimmten Bakterienstamm arbeiten, so muss man verhindern, dass die Mikroorganismen auf unserer Haut den gewünschten Stamm verunreinigen. Dazu werden der Arbeitsplatz und alle Arbeitsmaterialien gründlich desinfiziert oder sterilisiert.

Um gezielt mit einem Organismus arbeiten zu können, muss man seine „Vorlieben“ kennen. Das heißt, bei welchen Temperaturen er gut wächst, welche Nährstoffe er braucht, usw. Wenn man diese Bedingungen kennt, stellt man Nährlösungen oder feste Nährböden her, in bzw. auf denen er wachsen kann. So kann man gezielt mit dem einen Organismus arbeiten und ihn auf bestimmte Eigenschaften untersuchen.

 

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Desinfizieren des Arbeitsplatzes
Arbeit mit Bakterien
Steriles Arbeiten

 

Wenn Ihr Lust habt, mit Eurer Klasse oder AG und Eurem Lehrer mal einen Experimentiernachmittag in unserem Labor zu verbringen, meldet Euch per Email bei Frau Sylvia Schöttler oder Herrn Marcel Jäger. Das Programm wird in Absprache erstellt.

 

The Art of Microscopy

Mikroskopieren ist seit jeher eine Faszination. Eine Welt, die mit unserem Auge nicht sichtbar ist, zeigt sich plötzlich in den ungewöhnlichsten Formen und Farben, die man so von Bakterien, Pilzen und anderen Kleinstlebewesen nicht erwartet. Verrufen als Keime und Krankheitserreger zeigen sie sich hier in einem anderen Licht, was man sicher auch als besondere Form der Kunst bezeichnen kann.

Die Schüler unseres Berufskollegs für Biotechnologische Assistenten erlernen im Rahmen ihrer zweijährigen Ausbildung den Umgang mit dem Mikroskop und die Herstellung unterschiedlichster Präparate, ungefärbt oder gefärbt. Da auch die Dokumentation ein essentieller Bestandteil des Experimentierens ist, entstanden so in den letzten Jahren immer wieder wunderschöne Bilder der Präparate – fotografiert direkt durch das Okular des Mikroskops.

Zu den zweidimensionalen Präparaten, die eine bis zu 1000fache Vergrößerung wiedergeben, kamen später auch Bilder dreidimensionaler Objekte, vor allem Kolonien von Bakterien und Pilzen auf Nährböden, aufgenommen mit Hilfe von Stereomikroskopen. Die Vielfalt an Motiven gab den Anstoß, die Fotos zu sammeln und zu einem Poster zusammenzustellen. Mittlerweile gibt es schon zwei A0-Plakate mit insgesamt 40 Abbildungen, die in unserer Schule zu bewundern sind.

Die schönsten dieser Bilder befinden sich nun auch auf Postkarten. Der Erlös aus dem Verkauf der Karten mit 1 Euro pro Stück geht zurück an die Schüler. Unterstützt werden sollen diejenigen, die sonst aufgrund finanzieller Probleme nicht an gemeinsamen Aktivitäten, wie Wandertagen oder Klassenfahrten, teilnehmen könnten.

Die Kunst der Mikroskopie  – von Schülern für Schüler.  

 

 

Diese zehn Motive existieren derzeit in unserer Serie "The Art of Microscopy":

 

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Bild 1: Aspergillus
Bild 2: Joch- und Grünalgen
Bild 3: Pilzkolonie
Bild 4: Stärkekörner
Bild 5: Bakterienkolonie, einzeln
Bild 6: Drei Bakterienkolonien
Bild 7: Bakterien, Tuschefärbung
Bild 8: Dungpilze (1)
Bild 9: Dungpilze (2)
Bild 10: Kieselalgen

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Bezaubernd. Bierisch. BTG - Bierbrauen@HLS

von Dr. Andreas Rueckert

Was tun, wenn die schriftlichen Abi-Prüfungen rum sind und das Warten bis zum Mündlichen quälend wird? Na klar, etwas außergewöhnliches unternehmen! So kam bei den beiden Abiturjahrgänge des Biotechnologischen Gymnasiums die Idee auf, Bier zu brauen. Schließlich ist Bierbrauen ja eines der klassischen biotechnologischen Verfahren, bekannt schon seit der Antike bei Sumerern und Ägyptern. So also konnte ein spannender Versuch starten.

 Nach der theoretischen Vorarbeit durch Herrn Jäger und Herrn Dr. Rueckert unter Anleitung von Dr. Axel Natschhttp://hls-og.de/, begann am 09.05.2016 die praktische Arbeit des Brauens. An das Reinigen der Flaschen und Gerätschaften schloss sich das Maischen an: hierbei wurde der Malz über längere Zeit mit Wasser aufgekocht. Dabei löst sich die Stärke aus dem Malz im Wasser und wird in vergärbaren Malzzucker umgewandelt.

Anschließend wurde geläutert. Dies dient der Trennung von Flüssigkeit (Bierwürze) und den Malzresten (Treber) durch Filtration.

 

Maischen, filtrieren, gären

 

 

 

 

 

Die gewonnene Bierwürze wurde danach gemeinsam mit dem Hopfen wiederrum aufgekocht und anschließend in den Gärbottich gefüllt, welcher
dann, nach der Hefezugabe, bis zum Wiederbeginn der Schule nach den Pfingstferien im Kühlschrank gelagert wurde.

 

 

 

 

 Danach ging es an das Sterilisieren der Bierflaschen und die Abfüllung des Bieres. Hierbei war glücklicherweise direkt eine erste Verkostung durch Schüler wie Lehrer möglich, welche überwiegend positiv ausfiel.

 

 

 

Überschäumende Ergebnisse

Durch die Flaschengärung entwickelte sich dann schnell Kohlensäure im Bier, welche beim regelmäßigen Entlüften der Flaschen für die ein oder andere schäumende Überraschung sorgte aber auch für ein immer besserwerdendes Biererlebnis unseres BTG’s: "Eine Perle des Labors - Bezaubernd. Bierisch. BTG“

 

 

Insgesamt gestaltete sich das Bierbrauen als eine spannende und erfolgreiche Herausforderung für Schüler wie Lehrer. Es ist nicht auszuschließen, das kommende Generationen von jungen Biotechnologen an der HLS dieses Experiment wiederholen und verfeinern. Man darf auf die Ergebnisse gespannt sein.

 

 

 

"Eine Perle des Labors -

Bezaubernd. Bierisch ⇒ BTG“ 

 

 

 

 

 


 

BIOTRAKT der HLS - Seminarraum, S1-Labore I + II, Vorbereitung

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Das Lehrerteam: Dr. S. Schöttler,
M. Jäger, Dr. A. Rueckert,
Dr. B. Bonengel (hinten),
Dr. A. Dahm, Dr. M. Stegen (v. l.)
8 Reinstarbeitsplätze,
hinten Inkubatoren
UV-Licht zum Schutz vor
Kontamination
HPCL-Anlage mit
Kontroll-PC
S1-Labor I (R102)
Zwei Fermenter in
Wartestellung...
Interferenzmikroskop
Objekt im Interferenzlicht
zur Analyse der Oberflächen-
struktur
Photmeter zur Bestimmung der
Konzentration von Lösungen
Tiefkühler -80°C
Ultraschallsonde zur
Homogenisierung
Der Mikroskopwagen

Laborrundgang

Der Biotrakt der HLS besteht aus dem Kernbereich, der nach den S1-Anforderungen für gentechnische Arbeiten zertifiziert ist und weiteren naturwissenschaftlichen Räumen für allgemeinen und Therorie-Unterricht. Im Kernbereich finden sich

  • R 101 - S1 Labor II und Kursraum für 16 - 20 Schüler
  • R 102 - S1 Labor I mit 16 Schülerarbeitsplätzen und 2 Reinarbeitsplätzen
  • R 103 - Lehrerlabor zur Vorbereitung, Gläserreinigung und Autoklavierung
  • R 104 - Kursraum und Zellkulturlabor mit 8 Reinarbeitsplätzen und HPCL-Analytik

Die Zertifizierung nach Standard S1 setzt umfangreiche bauliche Anforderungen voraus, die bedeutsame Eingriffe in die Gebäudesubstanz erfordern. Darin findet sich eine Labormöbelausstattung, die nicht nur den hohen hygienischen und keimvermeidenden Forderungen entspricht, sondern auch ganz spezifisch für den Gruppenunterricht mit Schülerinnen und Schülern konzipiert ist. Hier wurde an der HLS ab 2002 Pionierarbeit geleistet und mit Fachplanern für naturwissenschaftliche Laboratorien neue didaktische Konzepte entwickelt. Eine umfangreiche Ausstattung mit Groß- und Kleingeräten kommt hinzu, wird laufend ergänzt und optimiert. Allein die sächlichen Aufwendungen in den ersten fünf Jahren überschritten eine halbe Million Euro.

Arbeiten. lehren und lernen im S1-Bereich erfordert spezielle Herangehensweisen, um stets die Sicherheit aller Schülerinnen und Schüler sowie der Lehrkräfte zu gewährleisten. Das beginnt bei der vorgeschriebenen Kennzeichnung aller Materialien und Reagenzien und geht über geeignete Arbeitskleidung bis zur sorgfältigen Dokumentation der eingesetzten Verfahren. Umfassend ist auf Reinheit und Sterilität zu achten, damit verläßlich reproduzierbare Versuchsergebnisse erreicht werden können.

Fermenter

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Fermenter sind automatisierte biotechnologische Reaktionsgefäße. Häufig dienen sie der Kultivierung von Mikroorganismen, welche eine bestimmte Substanz herstellen.So gewinnt man zum Beispiel Industriealkohol durch Vergärung von zuckerhaltigen Lösungen mittels Hefepilzen in riesigen Fermentern. Aber auch viele andere Produkte, wie z.B. Antibiotika, Aminosäuren, Vitamine oder Insulin werden durch Fermentation von Mikroorganismen hergestellt. Damit die Mikroorganismen die maximale Menge an Produkt herstellen können, müssen die Temperatur und verschiedene chemische Bedingungen im Reaktionsgefäß exakt eingestellt werden. Dies wird durch technische Regeleinrichtungen des Fermenters gewährleistet. Darüberhinaus muss der Fermentationsprozess noch durch ständige Probenentnahmen kontrolliert werden.

Unser Labor verfügt über zwei Infors Minifors Laborfermenter, die vom Fermenterhersteller Infors speziell für Schulungszwecke entwickelt wurde. An diesem Gerät erlernen unsere Schülerinnen und Schüler von BTG und BKBT die wesentlichen Schritte der biotechnischen Produktion.

HPCL-Analytik

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Desinfektion, Gläserreinigung und Autoklavierung

Sterilwerkbänke

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Brutschränke und Tiefkühler

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Laborarbeiten im Praxisunterricht

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Betriebe und Einrichtungen der Biotechnolgie

Hier stellen wir in loser Folge Betriebe und Einrichtungen vor, die ausgebildete Biotechnologische Assistenten beschäftigen, aber auch als Praktikumsbetrieb für Schüler des 2BKBT und BTG interessant sind.

Das Chemische und Veterinäruntersuchungsamt (CVUA) Freiburg beschäftigt etwa 200 Mitarbeiter beschäftigt. Die Hauptaufgaben des CVUA Freiburg sind:

  • Untersuchung und Beurteilung von Lebensmitteln im Rahmen der amtlichen Überwachung
  • Diagnostik von Tierkrankheiten und Tierseuchen
  • Tierschutz und Erhaltung der Tiergesundheit.

Hier geht's zur informativen Website der Einrichtung CVUA.

BAV-Institut-für-Hygiene-und-Qualitätssicherung

Das Institut bietet Unternehmen der Lebensmittel- Kosmetik- und Arzneimittelbranche Dienstleistungen in den Bereichen Hygiene und Qualitätskontrolle an. Untersucht werden zum Beispiel Bakterien und Keime in leicht verderblichen Lebensmittel wie Fleisch, Desserts oder Backwaren, außerdem aber Gewürze, Kosmetika oder Medikamente, die kurz vor der Marktreife stehen.

Hier gelangt Ihr zur Website der Unternehmung BAV.

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